Построение совмещённых характеристик ЦН по КЦ

Характеристика компрессорного цеха КС представляет собой зависимость общего соотношения давлении сжатия (ε₀)_кц и внутренней удельной приведенной мощности (N_i / ρ_i)_пр.кц от общей приведенной объемной подачи по компрессорному цеху Q_пр.кц – характеристики первого типа:

При необходимости эти характеристики так же, как и для отдельных нагнетателей, можно построить с разверткой их по оборотам:

; ; ; ; .

Характеристики первого типа для компрессорного цеха в целом строят на основании типовых приведенных характеристик центробежных нагнетателей:

(1.27)

При параллельном соединении отдельных нагнетателей в компрессорном цехе предполагается, что соотношение давлений сжатия по нагнетателю ε_0н и его политропический КПД η_пол равны соответствующим значениям по цеху в целом (ε_0кц= ε_0н; η_пол.кц= η_пол.н), а Q_пр.н и приведенная мощность (N_i / ρ_i)_пр увеличивается в m раз, где m — число параллельно соединенных нагнетателей (или групп нагнетателей):

(1.28) (1.28)

В случае параллельно-последовательного соединения нагнетателей в компрессорном цехе прежде всего необходимо построить характеристики группы последовательно соединенных нагнетателей, которые в дальнейшем необходимо уже суммировать по уравнениям (1.28). Для групп нагнетателей характеристики строят поточечно, т.е. у данных характеристик нагнетателей выбирают значения объемной подачи первого в группе нагнетателей Q_пр.1 во всем диапазоне ее изменения Q_пр.min ≤ Q_пр.1 ≤ Q_пр.max, и по соотношениям (1.27) определяют: π₀₁; η_пол и (N_i / ρ_i)_пр.1.

Объемная подача на входе во второй последовательно соединенный нагнетатель Q_пр.2 после сжатия газа в первом определяется из сопоставления параметров газа по первому и второму нагнетателям, получена из уравнения состояния с учетом уравнения реального процесса сжатия:

, и ;

так как массовый расход величина неизменная для нагнетателей G₁ = G₂, тогда:

(1.29)

При определении Q_пр.2 следует иметь в виду, что если объемная подача второго нагнетателя Q_пр.2 будет меньше минимального значения по характеристике (Q_пр.2 < Q_пр.min) это будет соответствовать работе нагнетателя в зоне помпажа, то при расчетах необходимо перейти к следующему численному значению Q_пр.1.

Построение характеристик с учетом предпосылки о равенстве чисел оборотов последовательно соединенных нагнетателей (п₁ = n₂ = n_ном) дает погрешность в расчетах не свыше 1 %. Значение показателя адиабаты в расчетах можно принимать равным k = 1,31.

По найденному значению Q_пр.2 из типовых характеристик нагнетателей (уравнения 1.27) определяют остальные показатели работы второго нагнетателя:

Общее соотношение давлений сжатия для двух последовательно соединенных нагнетателей составит:

; ;

принимая во внимание, что (z∙R∙T)₁ = (z∙R∙T)₀ и n₁ = п₂, уравнение (1.31), приводится к виду:

Для определения приведенного политропического КПД группы нагнетателей необходимо рассмотреть следующую систему уравнений:

; .

На КС работают параллельно три группы по два последовательно включенных ГПА в каждой группе. Схемы включения 2x2 или 3x2 использу­ются редко и, как правило, только на переходных режимах работы, например при отключении одного из агрегатов.

Рис. 1.14. Характеристики совмещенно работающих нагнетателей при различных схемах соединения на КС.

При последовательной работе двух одинаковых одноступенчатых ЦН второй нагнетатель имеет меньший объемный расход на входе чем первый, и при равных физических оборотах в соответствии с наклоном напорной характеристики должен развивать увеличенную степень сжатия и потреблять соответственно повышенную мощность, так как массовый расход у обоих ЦН одинаков. Изменение частоты вращения любого из нагнетателей отражается на параметрах обоих; при повышении частоты вращения первого растет его степень сжатия, давление и температура перед вторым; при повышении частоты вращения второго падает давле­ние за первым и т.д. Важно, чтобы рабочие точки обоих нагнетателей находились на достаточном удалении от границы помпажа и в зоне мак­симальных КПД.

Пологость напорной характеристики важна при последовательной работе нагнетателей. Если характеристика достаточно полога, то напор второго нагнетателя и соответственно мощность при одинаковой частоте вращения будут меньше отличаться от первого, чем при крутой. Это важно для равномерности загрузки обоих агрега­тов. При более крутой характеристике нагнетателей неравномерность загрузки их возрастает. Сложение характеристик после­довательно работающих ЦН увеличивает крутизну суммарной характе­ристики в благоприятном для эксплуатации направлении. Применение лопаточных диффузоров увеличивает крутизну напорной характеристи­ки в области малых расходов по сравнению с безлопаточными.

При параллельном соединении полнонапорных (на всю π_кс) нагнетателей удобнее для эксплуатации более крутые характеристики – Q, так как они позволяют с достаточным запасом по помпажу использовать разнотипные машины. В этом эксплуатационные преимущества полнонапорных двухступенчатых нагнетателей перед одноступенчатыми, так как для последних в силу необходимости повышения π_н увеличи­вают угол β₂, а вместе с этим уменьшается и пологость характеристики. Правда при возможности повышения u₂ в одноступенчатом полнонапорном нагнетателе до 320-340 м/с можно принять умеренный угол β₂ и сохранить благоприятный наклон характеристик. С учетом возмож­ности открытия перемычек между магистралями многониточных газопроводов и работы разнотипных НПГ многоцеховой КС на приблизительно одинаковую разность давлений выход–вход при π_кс ≥ 1,4 полнонапорные ЦН имеют определенные преимущества в эксплуатации перед полнорасходными ЦН но при расчетной π_кс = 1,32 ÷ 1,35 преимущества несомненно остается за последними.

Рис. 82. Примерная совместная характеристика нагнетателей и газопровода: 1 – характеристика участка газопровода; 2 – суммарная характеристика двух нагнетателей; 3 – характеристика одного полнонапорного ЦН; 4 – характеристика одного полнорасходного ЦН; 0 – точка расчетного режима работы газопровода; А – точка режима неполной пропускной способно­сти газопровода, обеспечиваемая работой одного полнорасходного ЦН

В жаркое время года и неудовлетворительном состоянии ГТУ, приводящей нагнетатель, может возникнуть недостаток располагаемой мощности. При этом нагнетатель, имеющий меньшую против расчетной частоту вращения, приближается к помпажу. Пониженная напорность нагнетателя в эксплуатации вследствие увеличения зазоров в уплотне­ниях, загрязнения рабочего колеса и других причин также увеличивает опасность потери устойчивости. Пологость зависимости n_н=f(Q) благоприятна для всех нагнетателей.

Если рассмотреть примерную характеристику участка газопровода и суммарную характеристику нагнетателей компрессорного цеха (рис. 82), то можно заключить, что необходимую подачу газа можно обеспечить двумя параллельно включенными нагнетателями на пол­ную степень сжатия КС (полнонапорными) или двумя нагнетателями, включенными последовательно (полнорасходными). При неполной про­пускной способности газопровода потребная мощность привода суще­ственно падает, так как она пропорциональна кубу массового расхода. Режим работы переходит из точки 0 в точку А и уже может быть обеспе­чен работой одного ЦН. При последовательном соединении полнорасход­ных нагнетателей отключение одного из них сохраняет согласование про­пускной способности трубы и проточной части нагнетателя. При параллельном соединении полнонапорных ЦН после отключения одного из них проточная часть оставшегося, рассчитанная на половинную подачу, должна уже пропустить полный расход, что осуществимо не в каждом нагнетателе и в зоне очень низких η_н. Поэтому при небольшом количестве параллельно соединенных НПГ регулирование режима отключением машин может встретить трудности. Положение дел заметно улучшается если в параллель на одну нитку работает три и более полнонапорных НПГ, или если регулирование отключением агрегатов осуществляется при наличии двух и более ниток, соединенных перемычками.

Наибольшая экономия топливного газа достижима, когда работает минимальное число полностью загруженных агрегатов, так как КПД ГТУ растет с увеличением мощности. Поэтому широкое использование ступенчатого регулирования КС (отключением ГПА) не только сужает диапазон регулирования по частоте вращения агрегатов, но дает и существенный экономический эффект.

Серьезный недостаток последовательного соединения нагнетателей — необходимость при внезапной остановке одного из них немедленного перевода оставшегося в работе на рециркуляционное кольцо, иначе он не сможет преодолеть сопротивление сети и будет отключен защитой. Другой важный недостаток полнорасходных нагнетателей на КС – более высокая сложность системы трубопроводной обвязки (при большем ее диаметре), так как, кроме рабочих агрегатов, в каждом КЦ есть еще и резервные, которые должны иметь возможность заменить работавшего как первым, так и вторым в группе, а это требует установки значитель­ного дополнительного числа переключающей арматуры. Поэтому боль­шая часть новых и сооружаемых компрессорных цехов выполняют с па­раллельным соединением полнонапорных нагнетателей, так как металло­емкость и трудоемкость сооружения компрессорных цехов при этом существенно ниже.

Основные параметры некоторых типов нагнетателей приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3- Основные параметры некоторых типов ЦН при номинальном режиме

Тип ЦН	,	Давление (абс), МПа		Приведенные параметры
			,	, К
Н-300-1,23*	19,0	3,36	5,49	1,23	0,910	490,5
370-18-1*	37,0	4,96	7,45	1,23	0,888	508,2
Н-16-56*	51,0	3,57	5,49	1,24	0,893	508,2
235-21-1	18,3	5,18	7,45	1,44	0,888	508,2
ГПА-Ц-6,3/76	11,4	5,14	7,45	1,45	0,900	508,2
ГПА-Ц-16/76	32,6	5,14	7,45	1,44	0,888	508,2
Н-16-76-1,44	31,0	5,18	7,45	1,44	0,898	508,2
650-21-2	53,0	4,97	7,45	1,45	0,900	501,4
650-22-2	47,0	4,97	7,45	1,45	0,900	501,4
CDR-224	17,2	4,93	7,45	1,51	0,900	490,5
RF2BB-30	21,8	4,93	7,45	1,51	0,900	490,5
RF2BB-32	38,0	4,93	7,45	1,51	0,890	510,1
PCL802/24	17,2	5,00	7,45	1,49	0,900	490,5
PCL1002/40	45,0	4,93	7,45	1,51	0,900	490,5

ЛЕКЦИЯ 8